Содержание лигнина и гемицеллюлоз в разных слоях клеточных стенок хвойных

Ниже приводятся краткие сведения, основанные на сравнительно не так многочисленных исследованиях, проведенных разными авторами в этой трудной области. На основании их теперь можно приближенно судить о распределении отдельных веществ в разных слоях клеточных стенок. Можно с уверенностью полагать, что главная масса лигни­на сформировавшихся трахеид отложена в срединной пластинке (в меж­клетном веществе) и в прилегающих к ней двух первичных стенках сосед­них клеток. Также несомненно, что главная масса целлюлозы в сформи ровавшихся клетках отлагается в виде микрофибрилл во вторичной клеточной стенке. Количественные же определения нецеллюлозных поли­сахаридов в том или ином слое все еще представляют немалые эксперимен­тальные трудности. Методы, применяемые для количественного определе­ния отдельных веществ в клеточных стенках, основываются на фракцион­ном растворении составных частей или на гидролизе с последующим хроматографическим количественным определением Сахаров. Применяется для этой же цели окрашивание клеточных стенок специфическими краси­телями, реагирующими с полиуронидными гемицеллюлозами или с каме — дями, отложенными в стенках (например, с арабогалактаном лиственницы). В последнее время П. Ланге успешно примепял метод ультрафиолетовой микроспектрографии для количественного определения лигнина в отдель­ных частях клеточных стенок [8ДЗ]. Метод основан на измерении ультра­фиолетовой селективной абсорбции лигнина в области длин волн от 2500 до 3300 А, в которой углеводы не имеют поглощения.

Бейли [9] определил в 1936 г. на тончайших микросрезах, что меж­клетная срединная пластинка и, по-видимому, прилегающие к ней две первичных стенки соседних клеток состоят из 71% лигнина, 14% пенто- занов и 4% целлюлозы. Остаток представляют гемицеллюдозы глюкуро — нового тина. Ланге недавно нашел методом ультрафиолетовой микроспектро­графии, что в волокнах ели от 60 до 90% лигнина отложено в срединной пластинке и 10—12% во вторичной стенке. Целлюлоза, по его данным, вероятно, совсем отсутствует в срединной пластинке. Лигнин отложен в ней главным образом изотропно, хотя некоторая степень его ориентации, установленная при помощи измерения дихроизма в ультрафиолетовом свете, найдена в межклетном веществе шведской ели.

Были исследованы также ультратонкие срезы срединной пластинки, подвергнутой энзиматическому воздействию и пропитанной раствором четырехокиси осмия. Отложение восстановленного окисла в межклет­ном веществе было беспорядочным; наиболее частые расстояния между частицами составляли от 60 до 70 А. Эти опыты показали, что структура срединной пластинки, очевидно, была аморфной. Количественные методы определения были использованы Азунмаа и Ланге [10] при изучении распределения других клеточных веществ: целлюлозы и карбоксилсодер — жащих соединений. В первичной стенке волокон ели и березы содержание целлюлозы, видимо, составляет менее 50%. Остальное пред­ставляют гемицеллюлозы и лигнин. Гемицеллюлозы главным образом состоят из маннана и ксилана (в ели и березе соответственно). Присутствие некоторых количеств маннана и протеинов в первичной стенке целлюлоз­ных волокон хлопка показали Козмал и Рендос [и] в 1959 г.

Распределение гемицеллюлоз в клеточных стенках трахеид сосны, на разных стадиях их формирования, было описано в 1959 г. Г. Мейе — ром [зв]. Трахеиды выделялись им в разных состояниях их развития при помощи микроманипулятора, после чего гидролизом получались отдель­ные фракции Сахаров. Последние определялись количественно, при помощи хроматографии на бумаге.

Самые молодые трахеиды, состоявшие только из срединной пластинки и первичной стенки (М—Р), были образованы главным образом из цел­люлозы и пектиновых веществ (пектиновой кислоты, галактана, арабана). В несколько более старых трахеидах (М r/J-|-Sj), в которых уже был отложен внешний слой вторичной стенки, количество пектиновых веществ относительно уменьшилось, количество же целлюлозы, глюкоманнана и глюкуроноарабоксилана несколько увеличилось (см. ниже, табл. 1). В трахеидах, содержавших отложенные структуры (МЧ-Р-^-Ья^, коли­чество целлюлозы и глюкоманнана еще увеличилось, а глюкуроноара­боксилана уменьшилось. Последнее, однако, опять увеличилось в вполне развитых волокнах (Af+P+Sj+Sg ]-ss), содержавших и внутренний слой вторичной стенки. Глюкоманнан, следовательно, отлагается главным об­разом в мощном слое s2 вторичной стенки, в то время как много глюкуроно­арабоксилана отлагается во внутреннем слое ss вторичной стенки. Эти соотношения можно видеть из табл. 1, учитывая большую относительную массу слоя s2 вторичной стенки.

В табл. 1 не отмечено, что в стенках самых молодых трахеид (М+Р) содержалось более 20% пектиновой кислоты, дававшей при гидролизе галактуроновую кислоту. Нельзя не отметить большого количества арабана в молодых трахеидах (М—Р), определенного хроматографически по арабинозе, быть может, частью получившейся при гидролизе пектиновых веществ срединной пластинки молодых трахеид.

Г. Мейер провел хроматографический анализ гемицеллюлоз в стенках спелых трахеид весенней и летней древесины. Весенняя древесина, слой s2 которой тонок по сравнению с таким же слоем летней древесины, всегда содержала на 4—5% меньше количества глюкоманнана по сравнению

Таблица 1

Фракции

М + Р

М + Р + S,

M + P + s, +

+ s2

M + P + s,+ + S2 + Ss

Полисахариды

Галактан…………………….

20.1

7.7

4.1

3.1

Целлюлоза………………….

35.5

57.2

61.7

56.2

Глюкоманнан….

7.7

15.4

23.3

24.8

Арабан……………………….

29.4

5.4

1.1

1.8

Глюкуроноарабокси-

Лан………………………….

7.3

14.3

9.8

14.1

С летней древесиной. Глюкуроноарабоксилана, наоборот, содержалось на 3—4% больше в весенней древесине.

Калмес [25] произведен в 1960 г. химический анализ следующих фрагментов волокон небеленой сульфитной целлюлозы ели: 1) фрагментов первичной стенки Р и слоя sl вторичной стенки, выделенных вместе; 2) фрагментов слоя s2 вторичной стенки. Отделение и накопление этих двух фракций производилось с помощью тщательной повторной классификации суспензии волокон, последовательного разбивания в дезин­теграторе и центрифугирования фрагментов. Выход Р—Sj-материала составлял 3.3%. Примерно у2 этого материала составляли фрагменты Р, вторая половина — фрагмен­ты sx. Результаты химических анализов приведены в табл. 2. Определение Сахаров производилось в гидролизатах этих материалов при помощи хроматографирования.

Химический анализ материалов Р — «j и s2

Из приведенной таблицы (табл. 2) видно, что содержание лигнина в Р—s,-мате — риале, полученном из сульфитной целлюлозы, найдено большим, чем в повторно клас­сифицированных волокнах и в s2 материале.

Таблица 2

Название материала

Лигнин,

%

Глюкоза, 7»

Манноза, %

Ксилоза,

%

А-целлю — лоза,

7„

Степень полиме­ризации

Повторно классифициро­

Ванное волокно .

0.5

89.9

6.5

3.1

84.0

2960

Р—«j-материал……………………………………

5.8

85.9

5.3

3.0

81.3

2030

$2-материал…………………………………………..

0.4

86.1

9.6

3.9

82.6

3050

В Р —Sj-материале лигнина оказалось в 10—20 раз больше, чем в s2. При оценке цифр, приводимых в таблице, следует помнить, что в исходном материале — небеленой сульфитной целлюлозе — большая часть лигнина и гемицеллюлоз была уже удалена во время процесса сульфитной варки.

Дадсвелл, а также Керр и Бэйли обнаружили большое разнообразие в распределении лигнина вконцентрических кольцах вторич­ной стенки в радиальном направлении (от внутренней полости клетки) к периферии древесного волокна. Эти наблюдения о распределении лиг­нина во вторичной стенке были подтверждены П. Ланге t8′ 13] мето­дом ультрафиолетовой микроскопии.

Относительное процентное содержание полисахаридов во фракциях волокон сосны

Ниже на рис. 19 (а и б) приведены картины распределения лигнина на поперечном сечении вторичной стенки Tetramerista Glabra, полученные
методом микрофотографии в ультрафиолетовых лучах, до и после обра­ботки препарата 72%-й серной кислотой для удаления полисахаридной части.

Вопрос о химическом составе микрофибрилл внутреннего слоя s3, проходящих иногда почти в поперечном направлении к оси волокна, пока остается открытым. Мейер указывает, что к с и л а н в форме инкру­стирующего материала или микрофибрилл, может быть, является главной составной частью слоя S3 в березе и ели.

Содержание лигнина и гемицеллюлоз в разных слоях клеточных стенок хвойных

Рис. 19. Поперечное сечение волокна Tetramerista glabra при фотографи­ровании в ультрафиолетовом свете (а) и после обработки среза 72-й IlgSO^ (б). Увеличение X 2400 (по Уордроиу) [4|.

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить отзыв